Observació directa de cicles redox de Ag(I)/Ag(III) de dos electrons en catàlisi de funcionalització d’halurs d’aril

  1. Marc Font 1
  2. Ferran Acuña-Parés 1
  3. Teodor Parella 2
  4. Jordi Serra 1
  5. Josep M. Luis 1
  6. Julio Lloret-Fillol 1
  7. Miquel Costas 1
  8. Xavi Ribas 1
  1. 1 Universitat de Girona. Facultat de Ciències. Departament de Química i Institut de Química Computacional i Catàlisi (IQCC)
  2. 2 Universitat Autònoma de Barcelona. Facultat de Ciències. Servei de Ressonància Magnètica Nuclear (RMN)
Journal:
Revista de la Societat Catalana de Química

ISSN: 2013-9853,  1576-8961

Year of publication: 2014

Issue: 13

Pages: 40-50

Type: Article

DOI: 10.2436/20.2003.01.57 DIALNET GOOGLE SCHOLAR lock_openOpen access editor

More publications in: Revista de la Societat Catalana de Química

Abstract

La plata és avui dia àmpliament utilitzada en catàlisi homogènia per a la síntesi de compostos orgànics a causa del seu caràcter d’àcid de Lewis i el seu poder oxidant. La Ag(I) és un potent oxidant monoelectrònic que troba utilitat en un gran nombre de processos catalítics. Tanmateix, els cicles catalítics de dos electrons, molt comuns en la química organometàl·lica dels metalls nobles, no han estat mai considerats possibles per a la plata. En aquest estudi descrivim un cicle catalític Ag(I)/Ag(III) que és operatiu en una reacció model d’acoblament creuat per a la formació d’enllaços C–O. Espècies aril–Ag(III) han estat inequívocament identificades com a intermedis d’aquest cicle catalític. L’estudi de la síntesi i la reactivitat de l’esmentat complex ha permès per primera vegada la caracterització de les etapes d’addició oxidant i eliminació reductiva de formació d’enllaços carboni–nucleò-fil en centres monometàl·lics de plata. El present treball demostra que els processos d’eliminació reductiva en espècies aril–Ag(III) són efectius en reaccions d’acoblament creuat per a la formació d’enllaços C–O, C–N, C–S, C–C i C–halur, incloses les reaccions de fluoració d’arils. Aquest estudi suposa un punt de partida per a l’expansió de la química redox Ag(I)/Ag(III) a noves metodologies per a la síntesi orgànica, en analogia a la química d’acoblament creuat del coure o el pal·ladi. A més, els resultats descrits proporcionen una comprensió mecanística fonamental única en les reaccions d’acoblament creuat catalitzades per plata i refuten la concepció generalment acceptada que la química redox de la plata només pot provenir de processos d’un sol electró.Paraules clau: Acoblament creuat, alts estats d’oxidació, química redox, mecanismes de reacció, plata.

Bibliographic References

  • Lipshutz, B. H.; Yamamoto, Y. «Introduction: coinage metals in organic synthesis». Chem. Rev., núm. 108 (2008), p. 2793-2795.
  • Naodovic, M.; Yamamoto, H. «Asymmetric silver-catalyzed reactions». Chem. Rev., núm. 108 (2008), p. 3132-3148.
  • Álvarez-Corral, M.; Muñoz-Dorado, M.; Rodríguez-García, I. «Silver-mediated synthesis of heterocycles». Chem. Rev., núm. 108 (2008), p. 3174-3198.
  • Hashmi, A. S. K. In: Harmata, M. (ed.). Silver in organic chemistry. Cap. 12. Hoboken: Wiley, 2010, p. 357-379.
  • Weibel, J.-M.; Blanc, A. l.; Pale, P. «Ag-mediated reactions: coupling and heterocyclization reactions». Chem. Rev., núm. 108 (2008), p. 3149-3173.
  • Letinois-Halbes, U.; Pale, P.; Berger, S. «Ag NMR as a tool for mechanistic studies of Ag-catalyzed reactions: evidence for in situ formation of alkyn-1-yl silver from alkynes and silver salts». J. Org. Chem., núm. 70 (2005), p. 9185-9190.
  • Halbes-Letinois, U.; Weibel, J.-M.; Pale, P. «The organic chemistry of silver acetylides». Chem. Soc. Rev., núm. 36 (2007), p. 759-769.
  • Proietti Silvestri, I.; Andemarian, F.; Khairallah, G. N.; Yap, S. W.; Quach, T.; Tsegay, S.; Williams, C. M.; O’Hair, R. A.; Donnelly, P. S.; Williams, S. J. «Copper(i)-catalyzed cycloaddition of silver acetylides and azides: incorporation of volatile acetylenes into the triazole core». Org. Biomol. Chem., núm. 9 (2011), p. 6082-6088.
  • Negishi, E.-I.; Meijere, A. D. Handbook of organopalladium chemistry for organic synthesis. Nova York: Wiley, 2002.
  • Dillinger, S.; Bertus, P.; Pale, P. «First evidence for the use of organosilver compounds in Pd-catalyzed coupling reactions: a mechanistic rationale for the Pd/Ag-catalyzed enyne synthesis». Org. Lett., núm. 3 (2001), p. 1661-1664.
  • Homs, A.; Escofet, I.; Echavarren, A. M. «On the silver effect and the formation of chloride-bridged digold complexes». Org. Lett., núm. 15 (2013), p. 5782-5785.
  • Mijs, W. J.; Jonge, C. R. H. I. de. Organic synthesis by oxidation with metal complexes. Nova York: Plenum Press, 1986.
  • Hull, K. L.; Sanford, M. S. «Catalytic and highly regioselective cross-coupling of aromatic C–H substrates». J. Am. Chem. Soc., núm. 129 (2007), p. 11904-11905.
  • Tang, P.; Furuya, T.; Ritter, T. «Silver-catalyzed late-stage fluorination». J. Am. Chem. Soc., núm. 132 (2010), p. 12150- 12154.
  • Seo, S.; Taylor, J. B.; Greaney, M. F. «Silver-catalysed trifluoromethylation of arenes at room temperature». Chem. Commun., núm. 49 (2013), p. 6385-6387.
  • Weibel, J.-M.; Blanc, A.; Pale, P. In: Harmata, M. (ed.). Silver in organic chemistry. Cap. 10. Hoboken: Wiley, 2010, p. 285-327.
  • Ghosh, S. P.; Ghosh, M. C.; Gould, E. S. «Electron transfer 122. Reductions of an N4-coordinated complex of silver(III)». Inorg. Chim. Acta, núm. 225 (1994), p. 83-88.
  • Casitas, A.; King, A. E.; Parella, T.; Costas, M.; Stahl, S. S.; Ribas, X. «Direct observation of Cu(I)/Cu(III) redox steps relevant to Ullmann-type coupling reactions». Chem. Sci., núm. 1 (2010), p. 326-330.
  • Casitas, A.; Ribas, X. «The role of organometallic copper(III) complexes in homogeneous catalysis». Chem. Sci., núm. 4 (2013), p. 2301-2318.
  • Hickman, A. J.; Sanford, M. S. «High-valent organometallic copper and palladium in catalysis». Nature, núm. 484 (2012), p. 177-185.
  • Boorman, T. C.; Larrosa, I. «Gold-mediated C–H bond functionalisation». Chem. Soc. Rev., núm. 40 (2011), p. 1910- 1925.
  • Guenther, J.; Mallet-Ladeira, S.; Estévez, L.; Miqueu, K.; Amgoune, A.; Bourissou, D. «Activation of aryl halides at gold(I): practical synthesis of (P,C) cyclometalated gold(III) complexes». J. Am. Chem. Soc., núm. 136 (2014), p. 1778-1781.
  • Hashmi, A. S. K.; Blanco, M. C.; Fischer, D.; Bats, J. W. «Gold catalysis: evidence for the in situ reduction of gold(III) during the cyclization of allenyl carbinols». Eur. J. Org. Chem. (2006), p. 1387-1389.
  • Hashmi, A. S. K.; Lothschütz, C.; Döpp, R.; Ackermann, M.; Buck Becker, J. de; Rudolph, M.; Schol, C.; Rominger, F. «On homogeneous gold/palladium catalytic systems». Adv. Synth. Catal., núm. 354 (2012), p. 133-147.
  • Yu, Y.; Yang, W.; Pflästerer, D.; Hashmi, A. S. K. «Dehydrogenative Meyer–Schuster-like rearrangement: a gold-catalyzed reaction generating an alkyne». Angew. Chem. Int. Ed., núm. 53 (2014), p. 1144-1147.
  • Li, P.; Wang, L. «A novel silver iodide catalyzed Sonogashira coupling reaction». Synlett (2006), p. 2261-2265.
  • Das, R.; Mandal, M.; Chakraborty, D. «Silver-nitratecatalyzed N-arylation of amines and O-arylations of phenols and alcohols». Asian J. Org. Chem., núm. 2 (2013), p. 579-585.
  • Li, Z.; Song, L.; Li, C. «Silver-catalyzed radical aminofluorination of unactivated alkenes in aqueous media». J. Am. Chem. Soc., núm. 135 (2013), p. 4640-4643.
  • Lash, T. D.; Rasmussen, J. M.; Bergman, K. M.; Colby, D. A. «Carbaporphyrinoid chemistry has a silver lining! Silver(III) oxybenzi-, oxynaphthi-, tropi-, and benzocarbaporphyrins». Org. Lett., núm. 6 (2004), p. 549-552
  • Furuta, H.; Maeda, H.; Osuka, A. «Doubly N-confused porphyrin: a new complexing agent capable of stabilizing higher oxidation states». J. Am. Chem. Soc., núm. 122 (2000), p. 803-807.
  • Brückner, C.; Barta, C. A.; Briñas, R. P.; Krause Bauer, J. A. «Synthesis and structure of [meso-Triarylcorrolato]silver(III)». Inorg. Chem., núm. 42 (2003), p. 1673-1680.
  • Eujen, R.; Hoge, B.; Brauer, D. J. «Preparation and NMR spectra of difluoromethylated silver(I) and silver(III) compounds. Structure of [PNP][Ag(CF2 H)4 ]». Inorg. Chem., núm. 36 (1997), p. 3160-3166.
  • Ribas, X.; Jackson, D. A.; Donnadieu, B.; Mahía, J.; Parella, T.; Xifra, R.; Hedman, B.; Hodgson, K. O.; Llobet, A.; Stack, T. D. P. «Aryl C–H activation by Cu(II) to form an organometallic aryl– Cu(III) species: a novel twist on copper disproportionation». Angew. Chem. Int. Ed., núm. 41 (2002), p. 2991-2994.
  • Ribas, X.; Calle, C.; Poater, A.; Casitas, A.; Gómez, L.; Xifra, R.; Parella, T.; Benet-Buchholz, J.; Schweiger, A.; Mitrikas, G.; Solà, M.; Llobet, A.; Stack, T. D. P. «Facile C–H bond cleavage via a proton-coupled electron transfer involving a C–HžžžCu(II) interaction». J. Am. Chem. Soc., núm. 132 (2010), p. 12299-12306.
  • Font, M.; Acuña-Parés, F.; Parella, T.; Serra, J.; Luis, J. M.; Lloret-Fillol, J.; Costas, M.; Ribas, X. «Direct observation of two-electron Ag(I)/Ag(III) redox cycles in coupling catalysis». Nat. Commun. (2014). [Acceptat]
  • Huffman, L. M.; Casitas, A.; Font, M.; Canta, M.; Costas, M.; Ribas, X.; Stahl, S. S. «Observation and mechanistic study of facile C–O bond formation between a well-defined arylcopper(III) complex and oxygen nucleophiles». Chem. Eur. J., núm. 17 (2011), p. 10643-10650.
  • Rovira, M.; Font, M.; Ribas, X. «Model Csp2–Csp3 Hurtley coupling catalysis that operates through a well-defined Cu(I)/Cu(III) mechanism». ChemCatChem, núm. 5 (2013), p. 687-691.
  • Furuya, T.; Kamlet, A. S.; Ritter, T. «Catalysis for fluorination and trifluoromethylation». Nature, núm. 473 (2011), p. 470-477.
  • Casitas, A.; Ioannidis, N.; Mitrikas, G.; Costas, M.; Ribas, X. «Aryl–O reductive elimination from reaction of well-defined aryl–Cu(III) species with phenolates: the importance of ligand reactivity». Dalton Trans., núm. 40 (2011), p. 8796-8799.
  • Casitas, A.; Canta, M.; Solà, M.; Costas, M.; Ribas, X. «Nucleophilic aryl fluorination and aryl halide exchange mediated by a Cu(I)/Cu(III) catalytic cycle». J. Am. Chem. Soc., núm. 133 (2011), p. 19386-19392.
  • Helgesson, G.; Jagner, S. «Halogenoargentate(I) with unusual coordination geometries. Synthesis and structure of potassium-crypt salts of chloro-, bromo- and iodoargentates(I), including the first example of a two-coordinated chloroargentate(I) in the solid state». Inorg. Chem., núm. 30 (1991), p. 2574-2577.
  • Della Monica, M.; Lamanna, U.; Senatore, L. «Silver complexes with I−, Br− and SCN− in sulfolane». Inorg. Chim. Acta, núm. 2 (1968), p. 357-362.
  • Garcia-Bosch, I.; Ribas, X.; Costas, M. «Electrophilic arene hydroxylation and phenol O–H oxidations performed by an unsymmetric μ-η1 :η1 -O2 -peroxo dicopper(II) complex». Chem. Eur. J., núm. 18 (2012), p. 2113-2122.
  • Osako, T.; Ohkubo, K.; Taki, M.; Tachi, Y.; Fukuzumi, S.; Itoh, S. «Oxidation mechanism of phenols by dicopper−dioxygen (Cu2 /O2 ) complexes». J. Am. Chem. Soc., núm. 125 (2003), p. 11027-11033.
Data source: Dialnet